基于参数辨识和数据测试的分布式微电网系统建模研究-张军军-solarbe文库

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中国电力科学研究院国家能源太阳能发电研发（实验）中心 2018年 11月 9日基于参数辨识和数据测试的分布式微电网系统建模研究汇报内容 1 微电网建模技术研究背景 2 基于参数辨识的微电网建模技术 3 微电网建模实例分析 4 结论及建议微电网建模技术研究背景第一部分第一部分微电网建模技术研究背景 ➢ 能源供给多样化 ➢ 满足用户的个性电力需求 ➢ 提高供电可靠性，满足供电质量的要求基本特征微电网结构微电网建模技术研究背景 ◆ 分布式电源对系统的影响不容忽视风光资源波动性大、随机性强，预测难新能源发电接入对电网安全稳定运行带来新的挑战电压 /频率稳定、调峰备用、继电保护、电能质量特高压直流容量大、控制复杂、直流闭锁特高压交直流输电新能源接入提出新的要求高电压耐受、避免连锁脱网、复杂工况下稳定性分析特高压直流输电网双 12脉冲阀组串接结构微电网建模技术研究背景亟需准确的模型和参数电网安全稳定制定控制措施区域性可再生能源规划开展并网分析输电系统评估安排生产运行方式微电网建模技术研究背景 ◆ 国标、行标及企标等技术要求针对模型及参数测试方法提出技术要求微电网建模技术研究背景电力系统主要仿真软件开发者 BPA Bonneville Power Administration 邦纳维尔电力局 EMTP Electromagnetic Transients Program 邦纳维尔电力局 PSCAD/EMTDC Power System Computer Aided Design/Electromagnetic Transients Program in-cluding Direct Current 曼尼托巴高压直流输电研究中心 NETOMAC Network Torsion Machine Control 西门子公司 PSASP Power SystemAnalysis Software Package 中国电力科学研究院 DIgSILENT DIgSILENT GmbH公司 MATLAB Math- Works公司半实物仿真平台控制器微电网建模技术研究背景模型建立分布式电源建模微电网控制及负荷等建模参数辨识及模型验证辨识关键参数数据对比，模型校验误差分析为满足调度分析需求，利用电力系统仿真软件，采用全数字仿真，开展微电网建模及参数测试技术研究基于参数辨识的微电网建模技术第一部分第二部分基于参数辨识的微电网建模技术参数测试试验参数辨识模型验证微电网建模光伏逆变器风电变流器储能变流器基于参数辨识的微电网建模技术 P V 1L1C 升压变 T 12 0 0 0 k V A1 9 0 ～ 4 1 8 V / 1 0 k V Y /Δ 隔离变 T 2 1 0 / 1 0 k V 短路阻抗 U k 4 容量 2 M V A 上级升压变 T 3 1 1 0 / 1 0 . 5 k V 短路阻抗 U k 1 0 . 5 容量 3 1 . 5 M V A 1 0 k V 1 0 k V 1 0 k V 1 1 0 k V23 2C 3C L l - 1 L l - 2 L l - 3 K l - 1 K l - 2 K l - 3 K s - 1 K s - 2 K s - 3 L s - 1 L s - 2 L s - 3 公共电网 - phI shRsdI IV 光伏电池等效电路图光伏电池光伏电池原理公式 ◆ 光伏逆变器模型直流侧光伏电池建模微电网建模基于参数辨识的微电网建模技术电压电流双环控制框图 ➢经 MPPT得到直流母线电压参考值，与母线电压比较后，经电压外环 PI控制器调节，得到 d轴电流环的参考值。 ➢三相电感电流经 abc/dq变换后转换为两相直流量，并分别与电流参考信比较，经过电流内环 PI控制环器调节生成两相调制信号，通过 dq/abc 变换形成三相调制信号 .调制信号与三角波比较后给三相逆变桥输出驱动脉冲。 dcV 电压控制器 C 电流控制器电流控制器 S V P W M 调制 −− 驱动信号 dre fidi q i P L LdciM P P T dc re fV− au bu cu/abc dqqre fi /dq abc P V dcV di qi− 并网控制策略基于电网电压定向的矢量控制技术微电网建模 ◆ 光伏逆变器模型基于参数辨识的微电网建模技术待辨识参数微电网建模 ◆ 光伏逆变器模型基于参数辨识的微电网建模技术待辨识参数微电网建模 ◆ 风电变流器模型基于参数辨识的微电网建模技术待辨识参数微电网建模 ◆ 储能变流器模型基于参数辨识的微电网建模技术微电网系统有并网和离网运行两种稳态运行模式、并网切换到离网及离网切换到并网的两种暂态运行模式。并网运行时需满足电压 /频率保护技术要求。微电网建模 ◆ 微电网保护控制模型基于参数辨识的微电网建模技术微电网建模参数测试 - 逆变器 SZ SU测量点 1 测量点 2光伏方阵 /可控直流电源电网扰动发生装置外部电网开关 K ◆ 控制指令扰动试验有功和无功控制环参数 ◆ 辐照度扰动试验有功 MPPT控制参数 ◆ 网侧电压小扰动试验无功控制环参数 ◆ 网侧电压大扰动试验故障穿越和保护参数基于参数辨识的微电网建模技术微电网建模参数测试控制指令扰动试验 → 有功和无功控制环参数 1 8 0 6 0 4 0 2 0 0 32 54 76 98 1 0 时间 m i n 有功功率指令 P n 1 0 0 A B C D E 1 1 0 0 5 0 0 5 0 1 0 0 0 32 54 76 98 1 0 时间（ m i n ）无功功率（ Q m a x ） 1 1 1 2 1 3 1 4 容性感性 A B C D E F G 基于参数辨识的微电网建模技术微电网建模参数测试参数辨识粒子群优化算法粒子群优化算法是一种模拟鸟群觅食过程中的迁徙和群集行为的智能演化计算技术。粒子当时所处的位置和速度决定了粒子移动时的方向和距离，且每个粒子都有一个由目标函数决定的适应度值与之对应。每一次迭代过程中的各个粒子通过当前种群寻到的最优解位置和历史寻优过程中粒子自身寻到的最优解位置来更新速度，通过不断的迭代过程，可在解空间中对最优解进行搜索。 1 1 1 2 2 p - g - k k k k k ki d i d i d i d d i dv w v c r x c r x 1 1k k kid id idx x v 基于灵敏度的参数可辨识性分析 0 1 11 0 , . . . ,, . . . ,, , . . . ,, . . . ,,, . . . ,, . . . ,, l i m i i mi mimii ty tyty S i i       − →  K K S ii SKA 1 1  基于参数辨识的微电网建模技术微电网建模参数测试参数辨识参考厂家提供参数，随机生成第一代结果利用 M a t l a b / S i m ul i nk 仿真模型进行计算依据仿真结果和目标函数，计算拟合误差，更新个体误差结果误差是否满足收敛条件对结果进行优化，生成新一代种群输出数据最优解读取测试数据文件，计算扰动类型，拟合目标数据初始化仿真模型参数更新全局最优值更新粒子的位置和速度更新个体最优值和全局最优值达到最大迭代次数群体是否遍历完成否否否测试对象待辨识参数参数测试内容光伏逆变器最大功率跟踪控制环节参数 dPm_max、 dPm_min 最大功率跟踪控制测试功率控制环节参数 Kp 、 Tp 、 Kq 、 Tq 电网电压扰动测试风电机组直流电压和无功功率控制环节参数 Kp 、 Tp 、 Kq 、 Tq 电网电压扰动测试储能变流器功率斜率控制环节参数 dPord_max、 dPord_min 有功 /无功控制测试 PQ控制环节参数 Kp 、 Tp 、 Kq 、 Tq 电网电压扰动测试基于参数辨识的微电网建模技术微电网建模参数测试参数辨识模型验证模型验证试验与仿真模型评价数据处理分析相同条件与参数测试数据处理数值仿真仿真模型实际系统数据区间划分误差计算开展试验模型评价 ◆ 网侧电压扰动 ◆ 有功指令给定 ◆ 无功指令给定基于参数辨识的微电网建模技术微电网建模参数测试参数辨识模型验证 ➢ 稳态区间平均偏差和最大偏差 ➢ 暂态区间平均偏差 ➢ 全过程加权偏差电气参数 F1max F2max F3max FGmax 电压偏差， ΔUS/Un 0.02 0.05 0.05 0.05 电流， ΔI/In 0.10 0.20 0.15 0.15 无功电流， ΔIq/In 0.10 0.20 0.15 0.15 有功功率， ΔP/Pn 0.10 0.20 0.15 0.15 无功功率， ΔQ/Pn 0.10 0.20 0.15 0.15 F1max稳态区间平均偏差允许值； F2max暂态区间平均偏差允许值； F3max稳态区间最大偏差允许值； FGmax所有区间加权平均总偏差允许值。允许最大偏差值微电网建模实例分析第一部分第三部分微电网建模实例分析 ◆ 微电网实例 9 S 01 备用 9 W 33 9 S 01 微电网建模实例分析 ◆ 微电网参数测试微电网建模实例分析 M V - 1 0 k V R e c G e n 7 2 D C B u s7 2 G e n 7 2 L V 7 R e c G e n 7 1 D C B u s7 1 G e n 7 1 L V 7 R e c G e n 7 D C B u s 7 G e n 7 L V 7 D C _ V F L V _ G r i d PV 串联电抗器 3 串联电抗器 2 串联电抗 . V A C s o u r c e 2- 绕组变压器 2- 绕组变 . G r o u n d i n g S w i t c h 7 2 S e r i e s R e a c t o r c h o p p e r 7 2 G G 7 . . 0 . 0 . . S e r i e s R e a c t o r 7 2 D C C a p a c i t o r 7 2 P W M G e n e r a t o r - S id e 7 2 P W M G r i d - S i d e 7 2 G r o u n d i n g S w i t c h 7 1 S e r i e s R e a c t o r c h o p p e r 7 1 G G 7 . . 0 . 0 . . S e r i e s R e a c t o r 7 1 D C C a p a c i t o r 7 1 P W M G e n e r a t o r - S id e 7 1 P W M G r i d - S i d e 7 1 G r o u n d i n g S w i t c h 7 S e r i e s R e a c t o r c h o p p e r 7 GG7 0 . 0 . . S e r i e s R e a c t o r 7 D C C a p a c i t o r 7 P W M G e n e r a t o r - S id e 7 P W M G r i d - S i d e 7 P C S V D C - V o l t a g e S o u r c e S e r i e s R e a c t o r L o a d 1 ◆ 微电网模型微电网建模实例分析 ◆ 模型参数辨识结果稳态运行控制模块名称描述辨识结果 -光伏辨识结果 -风机 30kW 辨识结果 -风机 5kW旋翼辨识结果 - 风机 5kWH翼辨识结果 -储能 dPord_m ax 逆变器最大功率跟踪斜率上限（ pu/s） 151.64 未做测试 12.46 dPord_m in 逆变器最大功率跟踪斜率上限（ pu/s） 52.1 3.87 Kp 逆变器有功控制环节的 PI控制比例系数 0.637227467 1.55 1.72 0.77 0.53 Tp 逆变器有功控制环节的 PI控制积分时间常数（ s） 0.004998135 0.0083 0.0013 0.0013 0.0063 Kq 逆变器无功控制环节的 PI控制比例系数 1.196200634 1.33 1.34 0.077 0.68 Tq 逆变器无功控制环节的 PI控制积分时间常数（ s） 0.015701914 0.0022 0.0013 0.0054 0.0026 参数项目测试工况测试点并网转离网控制并网运行，光伏 20kW，储能放电 50kW，无风电，无负荷，设置并网转离网。光储交流侧、 PCC点离网转并网控制离网运行，储能控制，频率为 50Hz，光伏 20kW，负荷32kW，设置离网转并网。光储交流侧、 PCC点微电网建模实例分析 ◆ 仿真工况及模型验证结果 0 2 4 6 8 10 236 238 240 242 244 246 248 250 U/ V t/s Simu lat io n data Te s t d ata 0 2 4 6 8 10 -150 -100 -50 0 P/ k W t/s Simu lat io n date Te s t d ate 0 2 4 6 8 10 49. 0 49. 2 49. 4 49. 6 49. 8 50. 0 50. 2 50. 4 50. 6 50. 8 51. 0 F re /Hz t/s Simu lat io n data Te s t d ata 0 2 4 6 8 10 -20 0 20 40 60 80 100 120 P/ k W t/s Simu lat io n data Te s t d ata F1 F2 F3 PCC电压 0.0045 0.024 0.015 PCC频率 0.0002 0.0006 0.0005 PCC有功 0.014 0.029 0.062 储能有功 0.0024 0.016 0.035 结论及建议第一部分第四部分